Quy trình gia công khung xe đạp

Khung xe đạp là bộ xương của xe đạp, kết nối bánh trước và sau, yên xe và hệ thống truyền động, cần đảm bảo độ bền, độ cứng, trọng lượng nhẹ và sự thoải mái. Quy trình gia công khung ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, trọng lượng và chi phí của xe đạp, phù hợp với nhiều loại xe như xe đạp đường trường, xe đạp địa hình, xe đạp gấp, v.v.

1. Thiết kế và chuẩn bị

• Thiết kế khung: Sử dụng CAD hoặc SolidWorks để mô hình hóa 3D, tối ưu hóa cấu trúc hình học và phân bố ống, xem xét loại hình đạp xe (ví dụ: đua, địa hình). Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được sử dụng để xác minh độ bền và độ cứng.
• Chuẩn bị vật liệu:
  • Thép/Hợp kim nhôm: Mua ống hoặc tấm có kích thước cố định, cắt thành chiều dài cần thiết.
  • Sợi carbon: Chuẩn bị vật liệu tẩm sẵn (vải sợi carbon + nhựa), cần bảo quản lạnh.
  • Hợp kim titan: Mua ống có độ chính xác cao, kiểm tra chất lượng bề mặt.

2. Tạo hình ống

• Thép/Hợp kim nhôm:
  • Ép đùn: Ép phôi kim loại thành ống, kiểm soát độ dày thành (0,8-2,0mm).
  • Kéo nguội: Thông qua kéo nguội để tạo thành ống định hình (ví dụ: ống rút đôi, độ dày thành thay đổi dần), tăng độ bền và giảm trọng lượng.
  • Ép thủy lực: Dùng cho ống định hình phức tạp, nước áp suất cao (khoảng 100 MPa) trong khuôn làm cho ống bám sát khuôn.
• Sợi carbon:
  • Ép lớp: Xếp lớp vật liệu tẩm sẵn theo góc cụ thể (0°/45°/90°), kiểm soát hướng sợi để tối ưu hóa độ cứng.
  • Ép khuôn: Gia nhiệt và làm cứng trong khuôn (120-180°C, áp suất 5-10 bar), tạo thành ống hoặc khung xe hoàn chỉnh.
• Hợp kim titan: Thường sử dụng ống liền mạch, cần cắt chính xác và xử lý uốn ống.

3. Hàn và kết nối

• Thép:
  • Hàn hồ quang argon (TIG): Thường dùng, mối hàn đồng đều, phù hợp với ống thành mỏng.
  • Hàn đồng: Dùng cho thép crom-molypden, nhiệt độ thấp hơn (khoảng 900°C), giảm vùng ảnh hưởng nhiệt.
• Hợp kim nhôm:
  • Hàn TIG hoặc hàn MIG: Cần kiểm soát nhiệt độ hàn (khoảng 600°C), tránh quá nhiệt dẫn đến giảm độ bền.
  • Xử lý sau: Xử lý nhiệt (T6, tôi ở khoảng 500°C + hóa già ở 180°C) phục hồi độ bền vật liệu.
• Sợi carbon:
  • Dán keo: Sử dụng nhựa epoxy để dán ống và khớp nối (ví dụ: khớp nối hợp kim nhôm hoặc sợi carbon).
  • Đúc nguyên khối: Khung xe cao cấp sử dụng khuôn đúc nguyên khối, không cần hàn.
• Hợp kim titan:
  • Hàn TIG: Cần thao tác dưới lớp khí trơ để tránh oxy hóa.
  • Định vị bằng kẹp: Đảm bảo độ chính xác của mối hàn (sai lệch <0,2mm).
• Bộ phận kết nối: Ví dụ: ống giữa (giá đỡ trục đáy), ống đầu, v.v., cần gia công có độ chính xác cao (dung sai ±0,1mm) để phù hợp với các phụ kiện tiêu chuẩn.

4. Gia công lỗ và gia công tinh

• Gia công lỗ:
  • Khung xe cần gia công lỗ ren (dùng cho giá đỡ bình nước, lắp phanh) và lỗ thông (dùng cho đi dây).
  • Gia công CNC: Máy CNC được sử dụng để khoan và phay có độ chính xác cao, dung sai vị trí lỗ ±0,05mm.
  • Khoan thủ công: Dùng cho khung xe số lượng nhỏ hoặc tùy chỉnh, hiệu quả thấp hơn.
• Gia công tinh:
  • Phay/Mài: Loại bỏ gờ, đảm bảo khớp nối trơn tru.
  • Taro: Gia công ren ống giữa và giá đỡ bình nước, cần bàn ren có độ chính xác cao.

5. Xử lý bề mặt

• Thép:
  • Phun bi/Phun cát: Loại bỏ lớp oxit, độ nhám bề mặt Ra 3,2-6,3μm.
  • Mạ điện hoặc sơn: Xử lý chống gỉ, thường dùng sơn lót epoxy + sơn phủ polyurethane, độ dày lớp phủ 50-100μm.
• Hợp kim nhôm:
  • Anod hóa: Tạo thành lớp oxit (10-20μm), tăng khả năng chống ăn mòn và tính thẩm mỹ.
  • Sơn: Có thể chọn lớp phủ mờ hoặc bóng, tăng cường vẻ ngoài.
• Sợi carbon:
  • Lớp phủ vecni: Bảo vệ lớp sợi, độ dày khoảng 30-50μm, giữ lại vân sợi carbon.
  • Decal: Tăng nhận diện thương hiệu, cần chống mài mòn và chịu được thời tiết.
• Hợp kim titan:
  • Xử lý xước: Tạo thành vân đồng đều, không cần lớp phủ bổ sung, giữ lại kết cấu kim loại.

6. Kiểm tra chất lượng

• Kiểm tra kích thước: Sử dụng máy đo tọa độ ba chiều để xác minh độ chính xác của chiều dài ống, góc và vị trí lỗ (sai lệch <±0,2mm).
• Kiểm tra độ bền: Mô phỏng tải trọng đạp xe (khoảng 1000N), kiểm tra biến dạng khung và tuổi thọ mỏi.
• Chất lượng bề mặt: Kiểm tra mối hàn, tính đồng đều của lớp phủ và không có vết nứt, bọt khí.
• Kiểm tra lắp ráp: Lắp đặt các phụ kiện tiêu chuẩn (ví dụ: phuộc trước, tay quay), xác minh khả năng tương thích.